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発明の名称 摩擦伝動装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−24245(P2007−24245A)
公開日 平成19年2月1日(2007.2.1)
出願番号 特願2005−209702(P2005−209702)
出願日 平成17年7月20日(2005.7.20)
代理人 【識別番号】100119644
【弁理士】
【氏名又は名称】綾田 正道
発明者 山本 健
要約 課題
簡単な構成、かつ加工や完成品の形状検査を容易としながら、一方のローラから他方のローラへの伝達力が大きい場合においても過剰な押付け力の発生を防止できる摩擦伝動装置を提供する。

解決手段
駆動ローラ1と従動ローラ2との接触点における接線に対し角度を有するカム面51を有し、駆動ローラ1の無負荷時における中心をO1、従動ローラ2の中心をO2とし、O1を原点にxy座標を設定し、y軸はO2を通るものとし、O1とO2との距離をr0としたとき、カム面51は、駆動ローラ1の回転支持部に当接することでローラ同士を押圧接触し、座標上の第一象限に設け、そのローラ軸直角断面形状を単一半径の凹円弧形状とし、円弧の中心を座標上の第三象限、かつ、O1を中心とする半径r0により描かれる円の内側に設定する。
特許請求の範囲
【請求項1】
回転自在に支持された駆動ローラと従動ローラとを押圧接触させ、その接触部に生じる摩擦力によって、一方のローラから他方のローラへ動力を伝達させる摩擦伝動装置において、
前記駆動ローラと従動ローラとの接触点における接線に対し角度を有するカム面を有し、
前記カム面に支持される側のローラの無負荷時における中心をO1、もう一方の固定されている側のローラの中心をO2とし、O1を原点にxy座標を設定し、y軸はO2を通るものとし、O1とO2との距離をr0としたとき、
前記カム面は、駆動ローラおよび従動ローラの少なくとも一方の回転支持部に当接することでローラ同士を押圧接触し、前記座標上の第一象限に設け、そのローラ軸直角断面形状を単一半径の凹円弧形状とし、前記円弧の中心を前記座標上の第三象限、かつ、O1を中心とする半径r0により描かれる円の内側に設定することを特徴とする摩擦伝動装置。
【請求項2】
請求項1に記載の摩擦伝動装置において、
前記カム面は、異なる半径と中心位置とを有する複数の凹円弧形状面を有し、これら凹円弧形状面のうち少なくとも一つの凹円弧の中心は、O1を中心とする半径r0により描かれる円の内側に設定することを特徴とする摩擦伝動装置。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、減速や増速のための変速装置として適用される摩擦伝動装置の技術分野に属する。
【背景技術】
【0002】
駆動ローラと従動ローラとの間にくさびローラを設け、それぞれの接触点における接線の方向に角度を持たせることで、一方のローラから他方のローラへの伝達力に比例した押付け力を自動的に発生させる構造としている(例えば、特許文献1参照)。
【特許文献1】特開平2002−349654号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
しかしながら、従来の摩擦伝動装置にあっては、一方のローラから他方のローラへの伝達力が大きくなり、それに応じて押付け力が大きくなると、ローラの接触部が弾性変形し、くさびローラとの角度が小さくなる。すなわち、伝達力が大きくなると過剰な押付け力をローラに与えることになり、ローラおよび支持軸受の寿命低下や動力伝達効率の悪化を招く、という問題があった。
【0004】
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、簡単な構成、かつ加工や完成品の形状検査を容易としながら、一方のローラから他方のローラへの伝達力が大きい場合においても過剰な押付け力の発生を防止できる摩擦伝動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上述の目的を達成するため、本発明では、
回転自在に支持された駆動ローラと従動ローラとを押圧接触させ、その接触部に生じる摩擦力によって、一方のローラから他方のローラへ動力を伝達させる摩擦伝動装置において、
前記駆動ローラと従動ローラとの接触点における接線に対し角度を有するカム面を有し、
前記カム面に支持される側のローラの無負荷時における中心をO1、もう一方の固定されている側のローラの中心をO2とし、O1を原点にxy座標を設定し、y軸はO2を通るものとし、O1とO2との距離をr0としたとき、
前記カム面は、駆動ローラおよび従動ローラの少なくとも一方の回転支持部に当接することでローラ同士を押圧接触し、前記座標上の第一象限に設け、そのローラ軸直角断面形状を単一半径の凹円弧形状とし、前記円弧の中心を前記座標上の第三象限、かつ、O1を中心とする半径r0により描かれる円の内側に設定することを特徴とする。
【発明の効果】
【0006】
本発明の摩擦伝動装置にあっては、一方のローラから他方のローラへの伝達力が大きくなり、それに応じて押付け力が大きくなると、回転支持部はカム面上を転動し、接触点の弾性変形が吸収される。このとき、カム面の円弧の中心は、伝達力に対する押付け力の比率を一定とする中心O1、半径r0の円よりも原点O1に近い内側位置に設定される。すなわち、伝達力に応じて押付け力が大きくなるほど、カム面の円弧中心と回転支持部中心O1とを通る直線と、駆動ローラと従動ローラの中心を通る直線とが成す角度、つまり押付け力と伝達力の角度は、伝達力の働かない初期位置での角度よりも大きくなる。これにより、一方のローラから他方のローラへの伝達力の増加に対し、伝達力に対する押付け力の比を小さくできる。また、カム面を用いた簡単な構成で、カムプロファイルはxとyのみの関数から簡単に算出できるため、カム面の加工や完成品の形状検査が容易であり、実用性に優れる。この結果、簡単な構成、かつ加工や完成品の形状検査を容易としながら、一方のローラから他方のローラへの伝達力が大きい場合においても過剰な押付け力の発生を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0007】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例1,2に基づいて説明する。
【実施例1】
【0008】
まず、構成を説明する。
図1は、実施例1の摩擦伝動装置を示す全体図である。実施例1の摩擦伝動装置は、回転自在に支持された駆動ローラ1と従動ローラ2とを押圧接触させ、その接触部に生じる摩擦力によって、上記2個のローラ1,2のうち、一方のローラ1または2から他方のローラ2または1へ動力を伝達させる。
【0009】
駆動ローラ1のローラ軸3には、転がり軸受4が設けられていて、ローラ軸3を転がり軸受4の内輪とし、転がり軸受4の外輪4aを駆動ローラ1側の回転支持部としてフレーム5に対し支持している。なお、図示していないが、従動ローラ2のローラ軸にも、同様に転がり軸受が設けられていて、この転がり軸受の外輪を従動ローラ2側の回転支持部としてフレーム5に対し位置規定状態で支持している。
【0010】
フレーム5の駆動ローラ1側の回転支持部には、駆動ローラ1と従動ローラ2との接触点Pにおける接線Cに対し、角度が滑らかに変化する凹曲面形状のカム面51を有している。
【0011】
ここで、駆動ローラ1の無負荷時における中心をO1、従動ローラ2のローラの中心をO2とし、O1を原点にxy座標を設定し、y軸はO2を通るものとし、O1とO2との距離をr0としたとき、カム面51は、座標上の第一象限に設けられ、そのローラ軸直角断面形状は単一半径の凹円弧形状とされ、円弧の中心は前記座標上の第三象限、かつ、O1を中心とする半径r0により描かれる円の内側に設定される。
【0012】
次に、作用を説明する。
本発明者が先に提案した、摩擦伝動装置(特願2003−433910号)では、図2に示すように、ローラの接触点における接線に対し角度を持ったカム面にて一方のローラを支持することで、くさびローラやアクチュエータを用いることのない簡単な構成としながら、伝達トルクに比例した押付け力を与えている。
【0013】
この摩擦伝動装置では、一方のローラから他方のローラへの伝達力が大きくなり、それに応じて押付け力が大きくなると、ローラの接触点が弾性変形する。これを吸収するため、ローラ支持部がカム面上を転動すると、ローラの接触点は図3のように移動し、伝達力の方向が変化する。ところが、カム面の角度は一定であるため、押付け力と伝達力の角度、すなわちカム面中心と回転支持部中心とを通る直線と、駆動ローラと従動ローラの中心を通る直線とが成す角度は、伝達力の働かない初期位置での角度よりも小さくなり、伝達力に対する押付け力の比が大きくなる(図4)。この比率の変化は、ローラの移動角度だけで決まってしまい、すべての運転条件において設計者の意図する特性と一致させることは困難である。
【0014】
この対策として、本発明者は、カム面を曲面とすることで伝達力とローラ支持部における接線の角度を任意に調整し、前記不具合の対策を図る摩擦伝動装置(特願2004−57639号)を提案した。特に、下記の式(1),(2)で表されるカムプロファイル(カムの断面形状)とすることで、伝達力と押付け力の比率を常に一定にすることができる。ここで(xc,yc)はカム面の座標、αは伝達力の働かない初期位置での伝達力とカム面の角度、θはO2に対するローラの移動角度である。
【数1】


【0015】
しかしながら、上式はパラメータθを使った複雑なものであり、xとyだけの関数にはできない。したがって製作にあたってカムプロファイルを示すには、離散化されたθ,x,yの値となってしまい、それらの間は補間せざるを得ないため、図5のように本来の曲線から外れてしまう。また、完成品の形状検査も困難である、という問題があった。
【0016】
また、伝達力の増加に比例して押付け力も大きくなるため、伝達力の大きい運転条件ではローラの接触部や軸受への負担が大きく、強度や寿命の低下を招く。一方、伝達力の低い条件では油膜のトラクション係数も低くなり、伝達力に対する押付け力が不足し、動力伝達効率が悪化するという問題があった(特開平5−340456号公報参照)。
【0017】
これに対し、実施例1の摩擦伝動装置では、カム面51は、座標上の第一象限に設け、そのローラ軸直角断面形状を単一半径の凹円弧形状とし、円弧の中心を座標上の第三象限、かつ、O1を中心とする半径r0で描かれる円の内側に設定する。
【0018】
これにより、一方のローラから他方のローラへの伝達力が大きくなるほど、カム面51の中心O1と回転支持部材(転がり軸受4の外輪4a)の中心01とを通る直線と、駆動ローラ1と従動ローラ2の中心O1,O2を通る直線とが成す角度βを、初期の角度αよりも大きくすることができる。言い換えると、伝達力が大きくなるほど、押付け力と伝達力の角度を大きくすることができる。
【0019】
よって、一方のローラから他方のローラへの伝達力が大きくなるほど、伝達力に対する押付け力の比を小さくでき、一方のローラから他方のローラへの伝達力が大きい場合において、過剰な押付け力の発生を防止できる。また、一方のローラから他方のローラへの伝達力が小さい場合においては、押付け力の不足を防止できる。
【0020】
図1において、駆動ローラ1の中心座標を(x,y)とすると、従動ローラ2との中心間距離rは、下記の式(3)で表される。
【数2】


【0021】
カム面51を半径Rcの円弧とし、初期位置でのカムフォロワ(転がり軸受4の外輪4a)との接触角をα、カムフォロワの半径をrcとしたとき、カム面51の中心座標(x0,y0)は、下記の式(4),(5)のようになる。
【数3】


【0022】
駆動ローラ1がカム面中心に対し角度φだけ移動したとき、駆動ローラ1の中心座標は、下記の式(6),(7)のようになる(図6)。
【数4】


【0023】
このときのカム面51の角度、すなわち押付け力と伝達力の角度、さらにいえばカム面中心とカムフォロワ中心を通る直線と、従動ローラ2と駆動ローラ1の中心を通る直線とが成す角度βは、下記の式(8)で表される。
【数5】


【0024】
ここで、図7に示すように伝達力と押付け力の関係図において、上に凸の特性を得る、すなわち伝達力の増加に対して押付け力の比を小さくするには、下記の式(9)の関係を満足する必要がある。
【数6】


【0025】
そこで、式(3),(6),(7),(9)を連立して解くと、下記の式(10)が導出される。
【数7】


【0026】
ここで、αはローラのトラクション係数(摩擦係数)μに対しμ=tanαの関係にあるが、μは通常0.1以下であり、αは数度である。またローラ接触点の変形はミクロンオーダの小さなものであり、φも数度の小さな値である。したがってαとφおよびそれらの(オーダの変わらない)関数に対する正弦は0、余弦は1と近似できる。これを式(10)に代入すると、下記の式(11)が得られる。
Rc−rc≦r0 …(11)
【0027】
式(11)の左辺(Rc−rc)は、O1からカム面中心までの距離に等しい。したがってカム面51を半径Rcの円弧とし、円弧の中心をO1から角度αの直線上で、O1に中心を持つ半径r0により描かれる円の内側におくことで、一方のローラから他方のローラへの伝達力の増加に対し、伝達力に対する押付け力の比を小さくできる。すなわち、伝達力が働かずφが0のときはβ=αであり、伝達力が大きくなりφも大きくなると、βはαよりも大きくなり、伝達力に対する押付け力の比は小さくなって、図7に示した上に凸の特性が得られる。
【0028】
次に、効果を説明する。
実施例1の摩擦伝動装置にあっては、以下の効果が得られる。
【0029】
(1) 回転自在に支持された駆動ローラ1と従動ローラ2とを押圧接触させ、その接触部に生じる摩擦力によって、一方のローラから他方のローラへ動力を伝達させる摩擦伝動装置において、駆動ローラ1と従動ローラ2との接触点における接線に対し角度を有するカム面51を有し、駆動ローラ1の無負荷時における中心をO1、従動ローラ2の中心をO2とし、O1を原点にxy座標を設定し、y軸はO2を通るものとし、O1とO2との距離をr0としたとき、カム面51は、駆動ローラ1の回転支持部に当接することでローラ同士を押圧接触し、座標上の第一象限に設け、そのローラ軸直角断面形状を単一半径の凹円弧形状とし、円弧の中心を座標上の第三象限、かつ、O1を中心とする半径r0により描かれる円の内側に設定する。よって、くさびローラやアクチュエータ等を用いることのない簡単な構成としながら、一方のローラから他方のローラへの伝達力が大きい場合においても過剰な押付け力の発生を防止できる。
【0030】
また、複雑な計算式(式(1),(2))を用い、離散化されたx,y,θの値を補完してカムプロファイルを求める先行技術(特願2004−57639号)と比較して、xとyのみの関数でカムプロファイルを簡単に算出できるため、カム面の加工や完成品の形状検査が容易であり、実用性に優れる。
【実施例2】
【0031】
実施例2は、カム面は、異なる半径と中心位置とを有する複数の凹円弧形状面を有し、これら凹円弧形状面のうち少なくとも一つの凹円弧の中心を、O1を中心とする半径r0により描かれる円の内側に設定する例である。
【0032】
図8は、実施例2の摩擦伝動装置を示す全体図である。実施例2の摩擦伝動装置は、カム面52を、互いに異なる単一半径の凹円弧形状面52a,52bから構成している。2つの凹円弧形状面52a,52bの中心は、O1を中心とする半径r0により描かれる円の内側に配置されている。
【0033】
凹円弧形状面52aは、一方のローラから他方のローラへの伝達力が小さい場合に駆動ローラ1を支持する面であり、その円弧中心は、O1を通りy軸に対して角度αの直線上にある。凹円弧形状面52bは、一方のローラから他方のローラへの伝達力が大きい場合に駆動ローラ1を支持するカム面であり、その円弧は、凹円弧形状面52aの円弧よりも半径が小さく、したがって角度もαより大きい。
なお、他の構成は実施例1と同様であるので説明を省略する。
【0034】
作用を説明すると、一方のローラから他方のローラへの伝達力が大きいとき、駆動ローラ1を支持する凹円弧形状面52bでは、伝達力と凹円弧形状面52bの接線の角度を実施例1よりも大きくできるため、図9に示すように、一方のローラから他方のローラへの伝達力が大きくなるほど、伝達力に対する押付け力の比をより小さく抑えることができる。
【0035】
次に、効果を説明する。
実施例2の摩擦伝動装置にあっては、実施例1の効果(1)に加え、以下の効果が得られる。
【0036】
(2) カム面52は、異なる半径と中心位置とを有する2つの凹円弧形状面52a,52bを有し、凹円弧形状面52bの中心は、O1を中心とする半径r0により描かれる円の内側に設定するため、一方のローラから他方のローラへの伝達力が大きくなるほど、伝達力に対する押付け力の比がより小さくなる押付け力特性が得られる。
【0037】
(他の実施例)
以上、本発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は、実施例1、2に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
【0038】
例えば、カム面において、単一半径の部分は、ローラと押圧接触する主要部だけでよく、それ以外の部分を加工性の都合等により直線など他の形状としてもよい。
【0039】
また、実施例2では、2つの凹円弧形状を組み合わせてカム面を構成した例を示したが、3つ以上の凹円弧形状を組み合わせてもよい。また、O1を中心とする半径r0の円の外側に中心を持つ円弧と組み合わせてもよい。その場合は伝達力に応じて上に凸または下に凸の特性を任意に組み合わせることができる。
【産業上の利用可能性】
【0040】
本発明の摩擦伝動装置は、車両に適用される加減速機や変速機への適用に限らず、加速機能、減速機能や変速機のが要求される産業機器等に対し広汎な用途として適用することができる。さらに、実施例1,2では、駆動ローラと従動ローラとにより増速機能を持つ摩擦伝動装置の例を示したが、複数の駆動ローラが入力軸に配置され、また、複数の従動ローラや複数組みの遊星ローラによる遊星ローラ式変速機の摩擦伝動装置としても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0041】
【図1】実施例1の摩擦伝動装置を示す全体図である。
【図2】先行技術の直線カム面を有する摩擦伝動装置を示す図である。
【図3】先行技術の直線カム面を有する摩擦伝動装置における低トルク時と高トルク時のローラの接触点変化を示す図である。
【図4】先行技術における伝達力に対する押付け力の関係特性図である。
【図5】先行技術の加工および検査の困難性を示す図である。
【図6】実施例1における駆動ローラの移動と駆動ローラの中心座標変化を示す図である。
【図7】実施例1の摩擦伝動装置における伝達力に対する押付け力の関係特性図である。
【図8】実施例2の摩擦伝動装置を示す全体図である。
【図9】実施例2の摩擦伝動装置における伝達力に対する押付け力の関係特性図である。
【符号の説明】
【0042】
1 駆動ローラ
2 従動ローラ
3 ローラ軸
4 転がり軸受
4a 外輪(回転支持部)
5 フレーム
51 カム面
52 カム面
52a,52b 凹円弧形状面




 

 


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